污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)分析

伍洛晉

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司）

1 引言

近年來由于我國(guó)對(duì)環(huán)保事業(yè)的重視，水污染治理方面也取得一定成果。我國(guó)原本主要是采用工業(yè)電源來控制污水，現(xiàn)如今隨著科技的進(jìn)步，污水處理開始偏向于對(duì)城市污水的處理，控制系統(tǒng)也從傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)向智能化模式。在新的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，污水處理廠的數(shù)量越來越多，規(guī)模也越來越大，對(duì)控制系統(tǒng)的要求程度也愈來愈高，因此很多污水處理廠開始引進(jìn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，這樣的控制系統(tǒng)在提高設(shè)備運(yùn)行效率、節(jié)能減耗方面有著不可替代的作用，可以在污水處理過程中更好地調(diào)整運(yùn)行方式，使污水處理能夠一直合理有序地工作下去。

2 污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)原理分析

2.1 系統(tǒng)工作原理

污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要工作就是，現(xiàn)場(chǎng)安裝的儀器會(huì)自動(dòng)連續(xù)地記錄各種參數(shù)數(shù)據(jù)，相應(yīng)數(shù)據(jù)會(huì)傳入PLC進(jìn)行計(jì)算，然后計(jì)算結(jié)果將傳入線上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加以人工輸入方式，在對(duì)應(yīng)的報(bào)表和畫面中顯示出來，從而對(duì)進(jìn)出的各項(xiàng)重要指標(biāo)以及整個(gè)污水處理方式的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，保證能夠及時(shí)準(zhǔn)確的了解污水處理的情況。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

污水處理廠主要由PLC、上位機(jī)以及電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成，其中能夠進(jìn)行智能控制的上位機(jī)是控制系統(tǒng)的核心部分，占據(jù)著重要地位。PLC，也指工位PLC，是一種用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，它能夠執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)算等操作，當(dāng)PLC工作時(shí)，先輸入采樣數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行用戶程序，最后輸出分析數(shù)據(jù)，刷新后又不斷重復(fù)這三個(gè)步驟，相關(guān)的數(shù)據(jù)會(huì)不斷輸入并輸出，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)最新數(shù)據(jù)的要求。上位工控機(jī)也是一種計(jì)算機(jī)，它能夠直接發(fā)出操控命令，也可以在屏幕上顯示各種信號(hào)變化，如液壓大小、溫度、水位高低等。上位機(jī)的專用軟件是實(shí)現(xiàn)智能控制的重要結(jié)構(gòu)，該軟件采用時(shí)鐘循環(huán)掃描方式，可以對(duì)時(shí)間、氧氣溶解程度以及污泥濃度多少等進(jìn)行智能化自動(dòng)分析，具有很高的可靠性。同時(shí)，也可以對(duì)各項(xiàng)污水廠的指標(biāo)進(jìn)行設(shè)定，以最小成本達(dá)到最高效率，其他組成機(jī)構(gòu)都是上位機(jī)的輔助機(jī)構(gòu)，服從上位機(jī)的指令。電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)則是服從于上位機(jī)的機(jī)構(gòu)，通過電腦控制執(zhí)行上位機(jī)下達(dá)的命令。

總的來說，自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三部分：自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)控制和自動(dòng)分析。這三部分相互配合，組成了污水處理廠自動(dòng)化程序中的核心內(nèi)容，顯而易見的，PLC、上位機(jī)和電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別執(zhí)行了自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制和自動(dòng)分析三個(gè)功能，三者密切相關(guān)，保證了污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)性運(yùn)行。

常見的系統(tǒng)架構(gòu)形式可以為（圖1），它大致包括監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、工程節(jié)點(diǎn)、客戶端、冗余系統(tǒng)等。

但需要注意的是，污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)并不是指所有程序都是智能化操作，仍有一部分工作需要相關(guān)工作人員的參與。

3 方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)控制方案堅(jiān)持安全可靠性、先進(jìn)性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)原則，在充分考慮污水處理工藝特性的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)代化污水處理方式的理念與自動(dòng)化控制相融合。因此在方案設(shè)計(jì)上大致分為三方面的控制：

圖1 污水處理廠控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）邏輯控制：開發(fā)方式都有相對(duì)應(yīng)的接口，如果將其預(yù)留下來，就能使系統(tǒng)的邏輯功能更加明顯。常見的邏輯控制方式有：水泵運(yùn)行頻率大小是可以通過液位和水量變化來調(diào)節(jié)的，生化池對(duì)于氧氣的溶解程度能改變風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉的方向和運(yùn)行速度，根據(jù)液位差控制格柵的啟停等，對(duì)于節(jié)能減耗都起了一定作用。

（2）單體設(shè)備控制：?jiǎn)误w設(shè)備控制可以分為三個(gè)層次，如果按照從差到好的順序排列則為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、上位手動(dòng)控制、PLC自動(dòng)控制。現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制是設(shè)備運(yùn)行負(fù)責(zé)人在操作時(shí)面對(duì)故障的時(shí)候，及時(shí)手動(dòng)切斷開關(guān)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制；上位手動(dòng)控制是指手動(dòng)控制上位系統(tǒng)來制停下位機(jī)，通過指令來控制單體設(shè)備；PLC自動(dòng)控制則是指當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)儀器檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋到PLC系統(tǒng)后，檢測(cè)到設(shè)備運(yùn)行的異常性，PLC系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)停故障系統(tǒng)，從而達(dá)到自動(dòng)化控制的一種手段。這三種控制相互配合，互相補(bǔ)充不足，在設(shè)備發(fā)生故障的時(shí)候，可以快速切斷故障設(shè)備的運(yùn)行，減少其他設(shè)備的不必要損失。

（3）信息處理控制：上位機(jī)或者下位機(jī)能夠通過現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)采集直接獲得在線數(shù)據(jù)，并以報(bào)表或者圖形的形式顯示，同時(shí)也可以根據(jù)污水處理工藝的原理自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行推理和分析，計(jì)算出對(duì)運(yùn)行操作有一定借鑒意義的數(shù)據(jù)結(jié)果。一般來說，風(fēng)機(jī)水泵運(yùn)行效率、設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、污泥負(fù)荷等指標(biāo)，都能對(duì)節(jié)能減耗提供指導(dǎo)作用。

4 實(shí)施運(yùn)行階段

現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)施情況如何，很大程度上取決于是否選擇了一個(gè)專業(yè)水平較高、報(bào)價(jià)合理的工程隊(duì)。現(xiàn)場(chǎng)施工的主要過程也包括電纜布線、儀表設(shè)備安裝、人機(jī)界面三個(gè)方面。

電纜敷設(shè)需遵循安全經(jīng)濟(jì)的原則，敷設(shè)線路應(yīng)按最短路線實(shí)行，避免繞路現(xiàn)象，集中敷設(shè)，不交叉，橫平豎直以直線的方式進(jìn)行；在線路敷設(shè)完成后校線和標(biāo)號(hào)是兩個(gè)不可少的步驟，線路的終端也必須設(shè)立標(biāo)志牌，高低壓電纜、控制和信號(hào)也要以“從上到下”的原則分別敷設(shè)。

儀器設(shè)備的安裝要嚴(yán)格按照使用說明書和安全規(guī)章上的內(nèi)容執(zhí)行，銘牌標(biāo)志、技術(shù)文件等資料要齊全，不可丟失；儀表設(shè)備安裝要選在便于操作和維修的地方，避免在陰暗潮濕等地，對(duì)于已安裝的設(shè)備要加以保護(hù)，不可因?yàn)槭┕ざ斐善茐摹?/p>

監(jiān)控軟件是人機(jī)交流的重要連接方式，是保證自動(dòng)化控制系統(tǒng)操作和維護(hù)的最重要部分。人機(jī)界面的設(shè)計(jì)和開發(fā)要求操作直觀、簡(jiǎn)潔明了，能夠很清楚的讓人理解污水廠的工藝運(yùn)行情況，同時(shí)對(duì)歷史數(shù)據(jù)和圖表查詢也要盡可能的方便易于上手。中央控制室是污水處理的重要指揮部門，也是管理的核心地區(qū)，是相關(guān)部門檢查最多的地方，因此室內(nèi)操作布局應(yīng)合理有序，整齊明亮。

最后在調(diào)試運(yùn)行階段，在自控、儀表系統(tǒng)等各工藝、電氣系統(tǒng)安裝完畢后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢驗(yàn)合格，需進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試，合格后再進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行調(diào)試。調(diào)試的主要目的是要檢查系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的弊端，進(jìn)行整改，滿足設(shè)計(jì)要求和期望效果。

5 維護(hù)和保養(yǎng)建議

（1）自動(dòng)化檢測(cè)儀表傳感器要保持清潔狀態(tài)。由于儀表傳感器是和污水直接接觸的，處于一個(gè)惡劣的工作環(huán)境下，傳感器的清潔程度和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性密切相關(guān)，特別是DO、SS等對(duì)外界影響因素較為敏感的儀器。因此必須要定期有專人清洗探頭，比如每月一次，來保證儀表的正常工作，此外還需注意的是，清洗過程中要求使用柔軟的面料清洗擦拭，防止損壞儀表。

（2）定時(shí)巡查和校正各類儀表。對(duì)于一些精密儀器、探頭來說，長(zhǎng)時(shí)間的使用會(huì)導(dǎo)致其性能下降，準(zhǔn)確性降低，很容易導(dǎo)致被測(cè)參數(shù)超出測(cè)量范圍或因?yàn)閮x器本身的微小誤差累積，造成測(cè)量值偏離真實(shí)值過多而報(bào)警。因此工作人員應(yīng)每天定時(shí)檢查，確保設(shè)備的正常運(yùn)行，若發(fā)現(xiàn)異常則必須停機(jī)維修；對(duì)于分析類儀器，每月定期校正一次是必要的，且要求水質(zhì)化驗(yàn)員利用實(shí)驗(yàn)室儀器所測(cè)項(xiàng)目與現(xiàn)場(chǎng)儀器測(cè)量結(jié)果相對(duì)比，了解偏差程度，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行校正，確保儀器測(cè)量精確。

6 結(jié)語

通過上文的分析，我們可以看出我國(guó)污水處理技術(shù)在不斷進(jìn)步，自動(dòng)化控制系統(tǒng)在污水處理領(lǐng)域也得到很好的應(yīng)用，但是在運(yùn)行過程中仍然存在很多不足之處漸漸顯現(xiàn)出來，這需要我們不斷加以完善和發(fā)展。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污水處理技術(shù)方面也面臨越來越多的挑戰(zhàn)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的硬件和軟件也將迎來更新?lián)Q代，提高整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)展性、開放性和兼容性，使其能夠更好的發(fā)揮污水處理自動(dòng)化的作用。

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